автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Дифференциальный двухчастотный преобразователь измерительной информации

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАЗВИТИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ.

1.1.Распределенные измерительные среды и распределенные датчики.

1.2.Резонансные датчики.«.?.-.:.'.

1 V " '

1.3.Устройства преобразования одночастотного когерентного излучения вдвухчастотное.

ГЛАВА II. АНАЛИЗ ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ ДВУХЧАСТОТНОГО КОЛЕБАНИЯ.

2.1. Исследование поведения мгновенной амплитуды двухчастотного сигнала.

2.2. Исследование поведения мгновенной фазы двухчастотного сигнала.

2.3. Исследование поведения мгновенной частоты двухчастотного сигнала.

2.4. Результаты модельного эксперимента.

2.5. Выводы по главе П.

ГЛАВА III. ВОЗДЕЙСТВИЕ ДВУХЧАСТОТИОГО КОЛЕБАНИЯ НА РЕЗОНАНСНЫЕ СИСТЕМЫ.

3.1. Исследование влияния колебательного контура на двухчастотное излучение при дифференциальной обработке выходного сигнала.

3.2. Исследование влияния колебательного контура на двухчастотный сигнал при обработке огибающей выходного сигнала. ои

3.3. Выводы по главе III

ГЛАВА IV. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕЗОНАНСНЫХ ДАТЧИКОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ДВУХЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ.

4.1. Двухчастотный метод настройки резонансных систем при одностороннем подходе к резонансу.

4.2. Двухчастотный способ синтеза частот.

4.3. Метод измерения собственной частоты высокодобротных резонаторов, входящих в состав системы распределенных датчиков температуры.

4.4. Выводы по главе IV.

Актуальность работы. В настоящее время резонансные датчики нашли широкое применение в различных измерительных и управляющих системах. Они используются в радиотехнических устройствах и системах при автоматической настройке на заданную частоту, частотная и фазовая подстройка частоты - неотъемлемые составные части передающих и приемных устройств. Кроме того, высокодобротные резонансные датчики широко используются в измерителях неэлектрических величин, таких как температура, давление и т.п.

Современное развитие указанных систем связано с созданием высокоэффективных распределенных измерительных систем. При реализации распределенных измерительных систем возникает проблема вывода информации от каждого датчика измерительной системы. Если обеспечивать вывод информации о состоянии объекта от каждого из датчиков, то с увеличением числа датчиков возрастает и количество каналов связи. Следовательно, существует необходимость в уменьшении требуемого количества каналов связи, но при этом возникает проблема точного измерения параметров датчика но ограниченному числу каналов связи.

Для обеспечения связи при ограниченном числе каналов используются временные или частотные методы уплотнения информации. Выбор типа разделения информации от отдельных датчиков определяется многими дополнительными условиями, связанными с необходимостью учета различных ограничительных условий. При использовании высокодобротных колебательных систем в качестве датчиков наиболее часто применяются частотные методы. В этом случае, для определения резонансной частоты используют перестраиваемые генераторы гармонических сигналов: за счет перестройки генератора, находится резонансная частота одного из датчиков распределенной измерительной системы.

Однако данный способ не обеспечивает высокой точности настройки, особенно в автоматическом режиме. Это связано с тем, что вблизи резонанса производная сигнала стремится к нулю. В случае, когда резонансная частота должна быть определена за один проход, без перехода резонансной точки, для повышения точности используются различные дифференциальные устройства и системы. Одним из возможных путей повышения точности измерения собственной частоты резонансного датчика является создание дифференциальных измерительных систем на базе двухчастотного сигнала. Однако двухчастотные системы измерения собственных частот резонансных датчиков исследованы недостаточно полно. Поэтому актуальным является исследование указанных систем, направленное на повышение точности измерения собственных частот резонансных датчиков.

Цель работы. Поиск и исследование методов и средств повышения эффективности дифференциальных преобразователей измерительной информации на базе двухчастотного сигнала.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 135 страницах машинописного текста, иллюстрирована 42 рисунками и состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 82 наименований.

4.4. Выводы по главеГУ Предложен двухчаетотный метод точной настрс резонансных систем при одностороннем подходе к резона позволяющий с большой точностью определять момент резона Устройство, реализованное по данному методу, молсет использовано при высокоточном напылении вакуумных пленок.

2. Предложен способ перестройки частоты на двухчастотного сигнала.

3. Предложен метод точного измерения собственной част высокодобротных резонаторов, входящих в состав сист распределенных датчиков температуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенного исследования внутренней структ двухчастотного колебания с целью выяснения основ: закономерностей совместного поведения мгновенных значе амплитуды, фазы и частоты определено, что мгновенная (| двухчастотного сигнала изменяется во времени по пилообразн» закону. Скорость изменения мгновенной фазы определяе значением соотношения амплитуд двухчастотного сигн; В случае равенства амплитуд, А\/А2—\, наблюдается максималь скорость изменения мгновенной фазы. При прохожде; огибающей двухчастотного сигнала минимального значе мгновенная фаза имеет скачок, величина которого зависит соотношения амплитуд гармонических составляют двухчастотного сигнала. При равенстве амплитуд составляют двухчастотного сигнала величина скачка фазы составляет Показано, что мгновенная частота двухчастотного сигнале изменением отношения амплитуд его составляющих изменяете: диапазоне, ограниченном частотами двухчастотного сигнала. В сл> равенства амплитуд составляющих мгновенная частота совпадает средней частотой двухчастотного сигнала и равна юм= (со 1+0)2 При прохождении огибающей двухчастотного сигнала че минимальное значение наблюдается «выбег» частоты, велт которого зависит от соотношения амплитуд гармоничес составляющих двухчастотного сигнала. При равенстве амплт составляющих двухчастотного сигнала величина «выб< мгновенной частоты составляет оо. При исследовании воздействия двухчастотного сигнала колебательные контуры различных типов при различных спосс обработки сигналов на их выходе показано, что максимал! чувствительность к изменению средней частоты двухчастотт сигнала достигается при значении расстройки ме составляющими двухчастотного сигнала, равной 1101 пропускания исследуемого контура. При сравнении то! амплитуд гармонических составляющих для реализации мет точного определения частоты колебательного контура требус применение узкополосных фильтров, настроенных на част гармонических составляющих двухчастотного сигнала. Результаты исследований поведения огибающей и мгновен фазы двухчастотного сигнала на выходе колебательного конт; Показано, что в момент достижения средней част двухчастотного сигнала резонансной частоты колебательн контура огибающая выходного сигнала по фазе совпадав огибающей двухчастотиого сигнала на входе При : коэффициент модуляции огибающей выходного двухчастот сигнала равен единице.

5. Предложен двухчастотный метод настройки резонансных си при одностороннем подходе к резонансу, повышающий точное упрощающий процесс настройки за счет точного определи момента резонанса: стопроцентная модуляция огибаю двухчастотиого сигнала или равенство фаз выходного и вход сигналов.

6. Предложен двухчастотный способ синтеза частот, позволяю с помощью амплитудно-фазовой модуляции двухчастот сигнала получить требуемую частоту в диапазоне, ограничег частотами двухчастотиого сигнала.

7. Предложен способ точного измерения собственной часп высокодобротных резонаторов, входящих в состав сист распределенных датчиков температуры.

1. Сиразетдинов Т.К. Оптимизация систем с распределенн параметрами. М.: Наука, 1977.

2. Бутковский А.Г. Методы управления системами с распределенн параметрами. М.: Наука, 1975.

3. Кабанов Д.А. Функциональные устройства с распределенн параметрами: основы теории и расчета. М.: Сов.радио, 1979.

4. Бутковский А.Г. Характеристики систем с распределенн параметрами: Справочное пособие. М.: Наука, 1979.

5. Гильмутдинов А.Х., Ушаков П.А. Расчет электриче и геометрических параметров пленочных распределенных элементов/ Казан, авиац. ин-т; Казань, 1990.

6. Девятое Б.Н., Демиденко II.Д. Теория и методы анализа уиравляе распределенных процессов.Новосибирск: Наука, 1983.

7. Каганов З.Г. Электрические цепи с распределенными параметр и цепные схемы М.: Энергоатомиздат, 1990.

8. Райбман Н.С., Богданов В.О., Кнеллер Д.В. Идентификация си< с распределенными параметрами // А и Т. 1982. № 6.

9. Гринберг A.C., Лотоцкий В.А., Шкляр Б.М. Об идентификации си< с распределенными параметрами // А и Т. 1992. № 2.

10. Ю.Мацевитый Ю.М., Прокофьев В.Е. Моделирование нелиней процессов в распределенных системах. Киев: Наукова думка, 1985.

11. I.Евдокимов Ю.К. Распределенный электрохимический датчик: Ос и применение в измерении потоков//Электрохимия, 1993. Т.29. №1.

12. Евдокимов Ю.К., Нигматуллин Р.Ш. Электрические модели гра одномерного электрода с электролитом и их приложение в измер потоков и массопереноса // Тепло- и массообмен в химичс технологии: Межвуз. Сборник. Казань: КХТИ, 1991.

13. З.Евдокимов Ю.К., Краев В.В. Одномерные распределе полупроводниковые датчики теплофизических полей // Дат электрических и неэлектрических величин (Датчик -Международная конференция по: Сб. науч. Докл.Ч.1. Барнаул, 1993

14. Евдокимов Ю.К., Храмов Л.Д. Одномерные распределе. электрохимические датчики: Измерительные алгоритмы экспериментальное исследование // Тамже. 4.2.

15. Евдокимов Ю.К. Распределенные датчики для измерения физиче полей: Топология, устройство, теория// Радиоэлектронные устройся системы: Межвуз.сборник. Казань: Каз.техн.ун-т, 1993.

16. П.Евдокимов Ю.К., Базлов Е.Ф., Насыров И.К. Исследова параметрической распределенной ЯСО-структуры-ана.;электрохимического фотоэлемента // Радиоэлектронные устройс Межвуз.сборник, Казан, авиац. ин-т. Казань, 1977.

17. Евдокимов Ю.К., Храмов Л.Д. Распределенный электролитичес датчик: устройство и экспериментальные исследования / Тамже. Ч. 1.

18. Евдокимов Ю.К., Краев В.В. Измерительные алгоритмы одномерных непрерывно-распределенных датчиков физических по на основе резистивно-емкостных структур / Тамже. 4.2.

19. Евдокимов Ю.К., Краев В.В. Одномерный распределенный датчик полупроводниковых структурах для измерения пространствен! характеристик физических полей: устройство и исследования // Там 4.1.

20. Евдокимов Ю.К., Краев ВВ. Численное исследование алгориг решения обратной коэффициентной задачи для одномертраспределенных датчиков физических полей.КГТУ им.А.Н.Тупо Казань, 1994. Деп. в ВИНИТИ 28.10.94. № 1684-В94.

21. Евдокимов Ю.К. Распределенные измерительные среды: ирин построения и измерительные алгоритмы. КГТУ им.А.Н.Тугк Казань, 1994. Деп. в ВИНИТИ 28.10.94. № 1685-В94.

22. Евдокимов Ю.К. Распределенные измерительные среды // Диссерч на соиск. учен, степени докт. техн. наук. КГТУ им.А.Н.Тупо. Казань, 1995.

23. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и / функционирование, параметры, применение.М.:Энергоатомиздат,19

24. Коул Б. Монолитные АЦП промышленного назначения // Электро 1986.

25. Лаврентьев М.М., Резницкая К.Г., Яхно В.Г. Одномерные обр; задачи математической физики. Новосибирск: Наука, 1982.

26. Лаврентьев М.М., Романов В.Г., Шишатский С.П. Некорректные з; математической физики и анализа. М.: Наука, 1980.

27. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных з М.: Наука, 1974.

28. Алифанов О.М., Артюхин Е.А., Румянцев C.B. Экстремальные ме решения некорректных задач. М.: Наука, 1988.

29. Графов Б.М., Укше Е.А. Электрохимические цепи переменного М.: Наука, 1973.

30. Стойнов З.Б., Графов Б.М., Савова-стойнова Б., Елкин Электрохимический импеданс. М.: Наука, 1991.

31. Методы измерения в электрохимии/ Под ред. Э.Егера, А.Залкинда. М.: Мир, 1987.

32. Патент 2018850 (РФ). Термоанемометрический способ определ пространственного распределения скорости потока жидкости или г Евдокимов Ю.К., Краев В.В., Храмов Л.Д. 1994. Опубл. БИ. №16.19

33. А.с. 1382284 (СССР), Электрохимический диффузиот преобразователь / Евдокимов Ю.К., Михайлов В.А., Габсалямов Погодин Д.В., Урманчеев ЯМ.// Опубл. БИ. 1987. № 21.

34. Патент 2006041 (РФ). Электрохимический способ определ гидродинамических параметров движения электропровод; жидкости и электрохимическое устройство для его осуществлег Евдокимов Ю.К., Михайлов В.А., Храмов Л.Д. Петриков В.П. . Опубл. БИ, №1, 1994.

35. Евдокимов Ю.К., Байтуллин А.Ф. К вопросу об измер температурного ноля с помощью пьезорезонанс квазираспределенного датчика / XII научно-техническая конфереи Сб. науч. докл. / Под ред. проф. В.Н.Азарова. М.: МГИЭМ, 2000.

36. Виноградов АН., Рептеев В.А. Моделирование резонаторов вибрационных гироскопов // Тамже.

37. Дульбеев В.А. Способ дистанционного измерения малой емкост) высоких частотах с определением резонансной час высокочастотного резонанса // Тамже.

38. Левинзон Д.И., Никонова З.А., Е1ебеснюк О.Ю. Микроэлектрон резонансный датчик для противоаварийной автоматики // Тамже.

39. Гамалий В.Ф., Теленкова О.Г., Гамалий М.В. Резон широкополосного лазера новый тип датчика // Тамже.

40. Гордеев Б.II., Логвиненко Ю.И., Прищепов Е.О. Многоточечный да температуры // Тамже.45.Патент ПНР № 10, 1987г.

41. Патент СССР № 1 ,Авт. свид. №1338008 БИ1. 1988г.

42. В.И.Винокуров и др. Электроизмерения. М.: Высшая школаД986.

43. Патент Франции, Fr 2290088 опубл. 2.07.76.

44. Патент СССР №9, H03J 5/02, 1990г.50.Патент СССР № 15, 1988г.

45. Лазерные измерительные системы / A.C. Батраков, М.М. Бут Г.П. Гречко и др.; Под ред. Д.П.Лукьянова. М.: Радио и связь, 1981

46. Гагарин А.Г., Митюшин А.И. Многокомпонентный лазе доплеровекий измери тель скорости со сдвигом частоты / ПТЭ.1984.

47. Каминский H.H. Матвеев И.Н., Причко Ю.В. Устройство для с; частоты в оптическом диапазоне / Квантовая электроника. Т.4. №10.

48. Каменский H.H., Матвеев И.Н., Причко Ю.В. Устройство для сi частоты в оптическом диапазоне. // Тамже.

49. Мазуров М.Е., Обухов В.А.Оптические модуляторы и устройства отклонения луча. М.: ЦНИИПИ и ТЭИ, 1970.

50. Катыс Г.П., Чирков Л.Е. Модуляция и отклонение оптичес излученияю. М.Наука, 1967.5 9. Гринев А.Ю., Устройства управления излучением оптиче квантовых генераторов. Моск. Авиац. ин-т; М., 1979.

51. Ильин Г.И., Морозов О.Г. Способ преобразования одночастот когерентного излучения в двухчастотное, Решение ВНИИГГГ 30.06.86 о выдаче авт. св. по заявке №3578456/31-25(058614 13.04.83г.

52. Польский Ю.Е., Ильин Г.И., Морозов О.Г., Устройство преобразов одночастотного когерентного излучения в двухчастотное, Автч № 1477130 от 3.01.88

53. Морозов О.Г. Модуляционные методы повышения гочн и расширения диапазона измерительного преобразования лазе фотоэлектрических спектров аэрозолей.: Диссертация на соиск. > степени канд. техн. наук. Казань, 1986.

54. Прайс-лист продукции ООО «СКТБ ЭлПА» Углич, Ярославская обх 29.02.2000г.

55. Манассевич В. Синтезаторы частот: теория и проектирование /Пс англ.; Под ред. А.С.Галина. М.: Связь, 1979.

56. Дядьков С.М. Резонансные преобразованиям.: Сов.радио, 1970.

57. Асеев Б.П. Фазовые соотношения в радиотехнике. М.: Гос.из литературы по вопросам связи и радио, 1954.

58. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовател! техники: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1980.

59. Малов B.B. Пъезорезонансные датчики. М.: Высшая школа, 1989.

60. Автоматизация измерений и контроля электрических и неэлектрич( величин /Н.Д.Дубовой, В.И.Осокин, В.Н. Порогов и др.;Г1од А.А.Сазонова. М.: Изд-во стандартов, 1987.

61. Цифровые информационно-измерительные системы:Теория и прак А.Ф.Фомин, О.Н.Новоселов, К.А.Победоносцев, Ю.Н.Чернышов; ред. А.Ф.Фомина, О.Н.Новоселова. М.:Энергоатомиздат, 1996.71 .Харкевич A.A. Спектры и сигналы. М.: FHPMJ1, 1962.

62. Изюмов Н.М., Линде Д.П. Основы радиотехники.М.: Радио и с 1983.

63. Радиотехнические системы /Под.ред. проф. Ю.М. Казаринова. Высшая школа, 1 990.

64. Ермолаев Ю.П., Пономарев М.Ф., Крюков ЮГ. Конструкцг технологии микросхем (ГИС и БГИС). М.: Советское радио, 1980.

65. Бронштейн H.H., Семендяев К.А. Справочник по математике инженеров и учащихся втузов.М.: Наука, 1964.

66. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Совет радио, 1977.

67. Ильин Г.И., Царёва М.А. Методы точной настрс резонансного контура 7/ Тез. Докл. XVI Научно-техничес конференции. Казань, КВАКИУ им. маршала артилле М.Н.Чистякова, 1999.135

68. Ильин Г.И., Царёва М.А. Особенности поведения фаз. двухчастотных системах // Тамже.

69. Ильин Г.И., Царёва М.А.Точный метод настройки на часг поглощения // Тез.докл VI международного симпозиума «Оп-атмосферы и океана». Томск, 1999

70. Ильин Г.И., Царёва М.А.Система стабилизации част лазеров// Тамже.

71. Ильин Г.И , Царёва М.А.Исследование внутренней структ двухчастотного колебания, // Тез.докл VII международр симпозиума «Оптика атмосферы и океана».Томск, 2000г.

72. Ильин Г.И., Царева М.А. Заявка на патент №2000104051/09 17.02.2000 г. «Способ настройки колебательного контура в резо! при одностороннем подходе к резонансу».